エリトリトール粉末それは何からできていますか?

エリトリトール(erythritol)または(2 r,3 s) -ブタン-1,2,3,4-テトラロール((2 r,3 s) -1,2,3,4-tetrol)は、多水性アルコール(糖アルコールとしても知られる)のファミリーに属する。エリトリトール(erythritol)は、4炭素の糖である分子量122.12のアルコールは、糖アルコール族の中で最も小さい。それは光学的に活性ではなく、対称的な形、すなわちラセミとしてのみ存在する[1]。

4炭素ポリオールであるエリトリトールは、自然界に広く存在する。果実(梨、ブドウ、メロン)、きのこ、アルコール飲料(ビール、ワイン、日本酒)、発酵食品(醤油、味噌)から単離され、ヒトや動物の体液(レンズ組織、血清、血漿、胎児液、尿など)にも含まれている[2]。エリトリトールは1852年に初めて単離されましたが、新しい天然甘味料として日本市場に登場したのは1990年でした。エリトリトールは現在、少なくとも55カ国で食品添加物として承認されている。キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ラクチトール、マルチトールなどの他のポリオールと同様に、エリトリトールは甘味の性質を持つ。甘味はショ糖の6 ~ 7割程度で、味や食感はショ糖に近い。しかし、エリトリトールは分子量が小さいため、体内での代謝が他の糖アルコールとは異なり、低カロリー、高耐性、副作用の少ない、糖尿病患者に適している、非カリブ産であるなどのユニークな生理的性質を持っています[3]。また、エリトリトールはまた、フリーラジカルのスカベンジャーでもある抗酸化作用を持つ[4]。

1. Erythritol製法

Erythritol製法主に直接抽出、化学合成、微生物発酵が含まれます。直接抽出法は、果物や野菜などの天然資源からエリトリトールを抽出することを指します。しかし、自然界のエリスリトールの含有量が低すぎるため、直接抽出法はほとんど使用されません。他のポリオールと比較して、エリトリトールは化学合成には適していない。高温条件とニッケル触媒を必要とするため、生産が困難で、製品の歩留まりが低く、経済的利益が低いため、大規模な工業生産に採用することは困難である[5]。1950年代には、黒蜜を酵母で発酵させた後の残留物からエリスリトールが発見され、微生物発酵という新しいエリスリトールの生産方法が開拓されました。現在、エリスリトールを製造するための微生物発酵法はますます成熟しており、工業生産のための主要な方法です。

2エリトリトール発酵製造法の最適化

2.1培地の最適化

培地の組成は、微生物の成長に重要な調節効果を持つ。そのため、培地を調製する際には、微生物の増殖ニーズを満たすとともに、目的の製品を効率よく生産することが必要です。同時に、副産物の生産を避けることも考慮すべきです。このため、多くの研究者が研究を行っているエリトリトール発酵培地の最適化表1に示すように、炭素と窒素源に焦点を当てたより多くの研究が行われている。

2.2代替炭素源

一般的に使用される基板エリトリトールの工業生産ブドウ糖です発酵の結果は良好ですが比較的高価です現在では、代替基板を使用してさらに生産コストを削減するのが一般的です。現在報告されているグルコースの代替炭素源には、表2に示すように、グリセロール、キシロース、糖蜜、イヌリン、外食産業の油脂、フルクトース、ショ糖などがある。これらの中で、グリセロールはグルコースの代替炭素源の研究のホットスポットです。

グリセロールasに関する多くの研究が行われているエリトリトールの発酵のための新しい炭素源主に純粋なグリセロールと粗グリセロールを含みます。原油グリセロールは主にバイオディーゼル産業の副産物である。エリトリトールの発酵製造に使用することで、エリトリトールの製造コストを削減するだけでなく、バイオディーゼル産業の廃棄物処理問題を解決することができます。現在、より多くの研究がyarrowialipolytica株で行われています。さらに、グリセロールからエリトリトールへの変換はmoniliellamegachiliensisでも観察できます[11]。

移民とlipolytica株だけでなく有効変換グリセロールからエリトリトールへ産業廃棄物の粗グリセリンも利用できますさらに、粗グリセロールの化学組成は複雑で、多くの不純物が含まれています。主な不純物は発生源によって異なり、メタノール、塩、金属などの化合物で汚染される可能性がある。

それは、株yarrowialipolyticaはグリセロールを利用することができ、異なるソースからの粗グリセロールで成長することができます言及する価値があります。グリセロールを使用する別の利点としてエリトリトールの発酵基質発酵後の副産物の生産を効果的に減らすことができるということですグリセロールは、グルコースを炭素源として使用する発酵中の主な副生成物の1つです[12]。また、グリセロールとエリトリトールの分離は特に困難です。グリセロールを発酵基質として使用すると、発酵終了前に完全に消費することができ、その他の副生成物の含有量を10%未満に低減することができます[13]。総合的な分析によると、グルコースとグリセロールの発酵過程におけるエリトリトール濃度の最大値は同程度であるが、後者の収量は低い。グリセロールの添加量は培養系によって異なる。グリセロールはバイオディーゼル産業の副産物であり、不純物の含有量は高いが、商業的価値は低い。しかし、バイオプロセスの炭素源として大きな可能性があることが報告されています。

キシロースはヘミセルロースの主成分で、自然界に豊富に存在します。近年、キシロースは微生物発酵の炭素源として注目されています。安価な工業副産物としての糖蜜は、エリトリトール生産のための炭素源として研究されている。糖蜜は直接ではないことに注意してくださいエリトリトール合成に使われます細菌細胞の増殖のためです糖蜜は微生物発酵の開始時に細菌細胞を蓄積するために使用され、その後にグリセロールが添加されて浸透圧を高め、エリトリトールの生成を誘発します[14]。

イヌリン(inulin)は、エルサレム・アーティチョークなどの植物の根や塊茎に含まれる多糖類であるチコリダリアヤコン糖蜜と同様に、イヌリンは再生可能で安価であり、微生物発酵のための理想的な炭素源である。糖蜜と同様に、イヌリンはエリトリトールを生成するためにy . lipolytica株との二段階発酵プロセスにも使用されている[15]。さらに、y . lipolyticaを活用して&#油で成長する39の能力は、それが廃食用油に添加され、発酵後、エリトリトールが発酵システムから抽出された[16]。

c . magnoliae kfcc 11023株は、グルコースよりもフルクトースを炭素源とすることが報告されている。フルクトースを炭素源とするバッチ発酵方式で発酵させると、エリスリトール濃度は炭素源のブドウ糖の21.25倍であるが、副産物のグリセリン生成量は77 g・l-1に達する[17]。さらに、この株を基質としてショ糖を発酵させるために使用すると、ショ糖が分解されますエリトリトール濃度は65 g・l-1である変換率は0.21 g・g-1、収率は1.0 g・l-1・h-1であり、これは主にショ糖である安価な工業副産物の糖蜜を炭素源として使用してコストをさらに削減することができることを意味する。

2.3代替窒素源

窒素源は、微生物の細胞や代謝物に窒素を供給する栄養素です。一般的に使用される窒素源は、無機窒素源(硫酸アンモニウム、硝酸塩、アンモニア、尿素など)と有機窒素源(大豆粉、落花生粉、綿実粉、コーンシロップ、ペプトン、酵母エキス、魚粉など)の2つに分けることができます。窒素源の性質と濃度は、非常に重要なパラメータですエリトリトールの発酵生産。大量のエリトリトール生産能力を得るためには、異なる系統に最適な窒素源の種類と量を最適化する必要があります。

純粋なグリセロールを炭素源として定常培養した条件下で、y . lipolytica wratislavia k1株によるエリトリトールの生成に対する無機および有機窒素源の影響を調べた。その結果、4.6 g・l-1硫酸アンモニウムを含有する一定培地中のエリスリトール含有量は103.4 g・l-1にも達した最適なエリトリトール収率と変換率また、無機窒素源(4.6 g・l-1硫酸アンモニウム)、1.12 g・l-1および99.6%の条件で得られた。 L-1。また、無機窒素源(4.6 g・l-1硫酸アンモニウム)、1.12 g・l-1・h-1、0.52 g・g-1の培養条件でも最高のエリトリトール収率と変換率が得られた[18]。ska Rywińらy使用lipolytica Wratislavia K1が実験対象として选ばれるerythritolを行っ発酵実験を様々な説無機・有機窒素だ。その結果、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび酵母抽出物が最良の窒素源であり、硫酸アンモニウムの窒素源でも最良のエリトリトール収率および変換率が得られた[9]。以上の結果とは対照的に、k1株では有機窒素源の方がエリトルloseの発酵に適していることが報告されている[21]。

グルコースを炭素源として培養したところ、硫酸アンモニウムは酵母抽出物よりもエリスルロース発酵に適していることが確認された。しかし、グルコースと硫酸アンモニウムの濃度が最適濃度を下回ったり上回ったりした場合には、その濃度は低下したerythritol収益率大きく異なることができます。[8]

また、それは発見されました最高erythritol収益率p. tsukubaensisおよびmoniliella sp.をトウモロコシ浸漬粉末および酵母エキスと混合して発酵窒素源とした[22,23]。torula sp.株では、酵母抽出物を唯一の窒素源として使用した場合に最も高いエリトリトール収量が得られた[6]。これは、窒素源の種類が株によって異なることを示しており、窒素源の種類が株によって発酵中に生産されるエリトリトールの収量と生産性に直接影響することを示しています。

3発酵工程の改善

培養系は、発酵後のエリトリトールの最終濃度を決定する重要な要因の一つである。効率を上げるためにerythritol発酵過程表3に示すように、主にバッチ発酵、fed-batch発酵、二段発酵、連続発酵を含む継続的に改良されている。

エリトリトールの生産は、通常、バッチモードで行われますまた、初期グルコース濃度が高いとエリトリトールの生産が増加する。バッチ発酵では、発酵開始時に必要な基材をすべて導入し、基材が枯渇した後に製品と副生成物を抽出します。簡易バッチ発酵は操作が簡単ですが、エリトリトールの収量と濃度は低いです。

最も一般的な培養プロセスですエリトリトールを発酵させることはバッチ給餌である。バッチ供給は、培養プロセス全体を通じて高い浸透圧を維持することができます。これまで報告されている最も効率的なエリスリトール生産プロセスは、p . tsukubaensis株を発酵株として用いたfed-batch発酵で、最大2.86 g・l-1・h-1の生産性を有し、バッチ条件下でのエリスリトール生産量は73%増加した[22]。

高い浸透圧ができますエリトリトールの収量を増加させます細菌細胞の増殖も抑制しますこの問題に対処するため、2段階発酵過程も整備され、バクテリア細胞の成長を促し低浸透圧条件発酵の初期段階でそして内の浸透圧を引き上げ後発酵する段階の代谢を促しによるerythritolバクテリア[24]大人です

また、微生物発酵法に連続発酵法を適用したことも報告されている生産erythritol。連続発酵では、定期的に培地の一部を新鮮な培地に交換します。この方法は、有効な生産フェーズを延長することで生産性を向上させることができます。欠点は、外来細菌に汚染される可能性が高く、突然変異によって株が退化しやすいことです。解決策は、細菌汚染を防ぐためにphを下げることです[13]。

4培養条件の最適化

のエリトリトールの生産効率培養条件に大きく依存します:浸透圧、温度、ph、溶存酸素などは、エリトリトールの発酵に関連するすべての重要な技術指標です。

浸透圧ストレスはエリトリトールの生産の主な原因の一つである。浸透圧を調節するには、主に2つの方法があります。1つは、グルコースやグリセロールなどの基質を高濃度にする方法で、もう1つは塩を追加する方法です[28]。浸透圧制御は比較的複雑なプロセスである。浸透圧の増加につながるエリトリトールの生産の増加副生成物の減少ですしかし、浸透圧が高すぎると発酵株の発達の遅れが長くなり、エリトリトールの生産性が低下する[24]。

系統によっては、温度、ph、溶存酸素がエリトリトールの生成に大きな影響を与えることが研究によって示されており、表4に示すように最適値は様々である。

5展望

昨今、健康志向が高まり、ポリオールの需要も高まっています。効率的で低コストな工業生産を実現する方法は、多くの研究者の注目を集めている。エリトリトールは他の糖アルコールと同様の性質を持つ。しかし、自然発酵によって工業的に生産される唯一の糖アルコールである。学者たちは生産能力を高めるために多くの研究を行った。まず、高性能なエリスリトール産生株を得た上で、収量と転換率を最大化するために培地の組成と培養条件を最適化・調整した。

また、特に安価な再生可能炭素源の検討を通じて、さらには副産物のリサイクルの観点から、生産コストを効果的に削減するために多くの努力が行われていますの研究開発erythritol合作ある程度の成功を収めていますしかし、エリトリトール代謝遺伝子発現の制御に関する研究は比較的少ない。代謝過程におけるいくつかの重要な酵素が同定されているが、エリスリトール微生物代謝経路は遺伝的レベルではまだ不明である。今後は、エリトリトールの合成に関わる遺伝子や制御因子を網羅的に理解するために、遺伝子制御分野を目指すことが望まれる。これはエリトリトールの微生物発酵を効果的に制御し、エリトリトールの工業生産を効率的に行うための強力な基準となることは間違いありません。

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